前倾和后倾叶片离心通风机选择的几点意见

前倾和后倾叶片离心通风机选择 的 几 点 意 见 董 尤 华 节约能源是我国国民经济发展中一个十分重要的任务 。 在选择设备的时候 , 要注意 设备效率 , 以利节约能源 。 为此 , 笔者试图对常用的前倾和后倾叶片的离心风机进行粗 浅的分析 , 供在选择风机时参考 。 一 、 离心通风机理论水头基本方程的探讨 离心通风机是把一定的风量 , 提高一定的风压送入系统作功 , ‘ 这需要消耗一定的能 量 。 正确合理地选择通风机 , 是通风系统的重要组成部分。 选择通风机 , 不仅要满足工艺要求 , 而且还要考虑到设备购置费的经济 、 节省占地 面积、管理简单 、 维修方便 , 尽量做到电能消耗少 , 经营费用低 。 一台通风机在正常情况下 , 它的寿命是 � �一� �年 , 、 如某选用不当, 每台风机浪费 � 千瓦 , ‘每天按两班� � �小时 �计算 , 这样每合通风机一年就妻浪费�’� � � �度电 , 部寿命中 , 就要浪费 � � � � � �度 电 , 这是个很惊人的数字 � 在它 的 全 首先, ’让我们研究流体在风机。卜轮上的运动和岚机蓬论水头的基本方程 , 探讨风机特性 , 是很有益的。 ’ 一 、一 字 , 一 少 � 二 “ 这对我们 � ‘流体在叶轮上的运动 图 � 流体在叶轮上运动分析图 图电附号 � � 。—流体轴向绝对速度,� �—流体由轴向进人 叶轮 � 时绝对速度多 ‘ 丁 � �—流体离开叶轮时 的 绝对速度 , � �� 一� � 的圆周分速度� 、 �� �— � � 的沿叶 片 方 向 分 速度 , 一 布 ’ � �—� � 的圆周分速度多 �仁一 � �—� �的沿叶片方向分速度 , � � �— � � 的径向分速度厂� � , 二 � � � � � � � �� � 。—� � 的圆周分速度 , � � � 二 � ‘� �� � � ,� � �—� � 的径向分速度 , � � � 坛 � � 。� � � � �� � 、—� �的圆周分速度 , � � , � � � � 七。� 。 � , 一� �—圆心到 � , 的垂直距离 , � � � � � � � � � , ,� �—圆心到 � � 的垂直距离 , � � � � � � � � � � ,� �—风机叶轮内圆至圆心之半径 �� �—风机叶轮外圆至圆心之半径 , 一 ‘� �—� �和 � � 间的夹角 �一 伽—� �和 � � 间的夹兔, � ‘ 一 � ‘ ’丫 ‘肠�一� ‘和晰间的夹角 � � �队—� 。和仁� 间的夹角 。 ’ · ’ � �流体以绝对速度� 。沿风机轴线方向进入叶轮 , 在流体进 口处 , 流体离开 了 轴向而 进人径向 , 同时绝对速度由� 。到 � � 。 流体以 � � 流速进人叶轮得到能量乡 使之离开叶轮时的速度增加到 � � 。 流体在叶轮槽道中运动时 , 除了以圆周速度 � 运转外 , 还以相对速度 � 沿 叶 片 移 动 , 此时绝对速度�是 � 和 � 的矢量和 。 � ’ 为了使流体无撞击的流入叶槽 , 其相对速度� �应和叶片进 口部分的面相切 。 含 � � 离心风机理论水头的甚本方程式 基本方程推导的几个假定 � � � �风机本身在没有水力损失的情况下工作 。 � � �风机的叶轮具有无穷多的很薄的叶片。 � � �气体流动是稳定流。 ‘ 这几个理论状态下的假设 , 就规定了气流是由单元流束所组成, 流束的 形 状 符合 叶槽的形状 。 · 在图 � 中使流体由�到� �点每秒钟传给流体的功 。 � 二 � �� � � 、 ‘ � � � 式中 � �—每秒钟风机对流体所作的功 ,� �—流体流量 ,� �—风机的理论水头�—流体重度 , 公斤 ·米 �秒 , 米 “ �秒 � 米 , 公斤 �米足。 � � �式的物理意义是说在单位时间内 , 把丫重的� �气体提高� �水柱所作的功。 在理论状态下外界供给的轴功率全部传给流体作功 。 这个轴功率可以作用在流体上 的外力矩� �在理论状态下也就是作用在风机叶轮上的力矩 �和叶轮转动的角速度之乘积 来表示。 � � � 。 、 � � � 式中� �—风机轴功率 , 一 公斤 ‘米犷孙� 一 � , 一��—外力矩 , 公斤一米, � � 「 、。—角速度 , , 一 � 一 �秒万 , � , � �� � �式的物理意义是说叶轮以。角速度转动 , 向叶轮加�大的外力炬, 率应是� 。 � � �式和 � � �式相等 , � � 一 � ‘ 、 � �’� � 。 二 � � � � � 一 几 风机的 轴 功 � � 二 � �丫� � � � � 从理论力学得知 � 如 果在某管束的两个断面间发生流体的流动厂则当一个断面转入 另一个断面时其每秒质量动量矩的变化 , 等于作用在这两个断面间流体上的外力矩。 在离心通风机的叶轮 内 , 外力通过叶片作用在气流上 , ’ 因此选择各叶片进口断面作 开始断面 , 出口作终了断面 · � , � , 、 一 � ’ 以 � 表示每秒流过叶轮的流体质量 � 因此 叶片进月 处之动量矩 � � 二 执� , � � 叶片出口处之动量矩 , 倾 � 二 血 � � ’� � 应用上述理论力学之原理 、 气 � 二 � � 一 � � � 二 � �� � � � 一 � 一� � � � � � 由图 � 中知 � � � � 。 � , � 食 � , “’“ “ “ ‘ 一 城 � � � � � � , � � � 。 � � � � � , � � � 。 �’� � 一 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �式可改写成 � � � �� � � � � � � � � , � � � � � � �以 � � � � 产� � � �, 式中的 � 二 里处 �� 一 � 式中 � � �—气体重度,� 多一重力加速度,� �—理论秒流量 �将 � � �代人� � �产式 � � � �� 云 黔、份卜。“压· � 一亡一卜��� “夕 � � �挤 触 将� � �代人� � �式得 � , ��� � 一望旦终些�旦旦兰二 卯凡 �鱼�凶丝 , � � , � � 名 � � 工 二 。 � � 。� � 了� � � �’式可改写成 � � 、二 一��兰仁名鲤丝夕兰二卫生鱼夕竺旦�� � � � 由图 � 中可知 � � � 。 � � 。 � � �式也可改写成 � � 二 � � � � 。 一 � � � � 、 � � � 产 � � � �和� � � � 式也就是表示离心风机 �包括离心水泵 �理论水头的欧拉方程 。 在实际设计时 , 为了提高‘风机之压头 , � � � , e : e o s a : 二 . 即 。 : e三u二 o 往往使“1 = “只’‘这样“ ,式中:一、· , ’ 「 . 1 ; · , : ‘ 一奋 ( 7 ) ‘式可改写成 H : 二 ~卫生c (仑 ) 由于在离心风机使用中 , 往往都是用日:角来表示某 种风机的性能 , 欧拉方程又可尊写成如下形式. 见图 2 由图2 知℃2 。 二 u Z 一次 , 厂 一 卜 认一 布 co s 队 ·资: ‘= 亡·龙哪2 .’. C : 。 = u : 一 C : , e o t 日: 葱苏 ( 9 ) 图 地 我们经常侠用的离心风机理论水头的欧拉方程是 ‘、户Žn甘嘴‘去.占、”r、n r 二 ~竺至 (叭 一 c : g ’ 赫衍) 当然 , 实际上离心风机所产生的压头, 较理论水头低 , 这主要是要陈和理论水头基 本方程推导中钓假设条件有出人, 实际上为了克服禽心凤机内部的粗办, ,需要淆耗部分 压头 , 另外 , 实际离心风机叶片的数目是有限的 , 并非所有气体质煮「都以;商释的逮夔离 开叶片 , 遵循计算轨道运动 。 因此在离 , 吞风机中会有机械损失, 客积损决 , 永为相失等 ,等。 这些主要反应了风机本身效率之高低 , 但是 , 基本原理仍是遵循勘毕业方程的塞本形 咭3 式 。 所以 , 风机理论水头的基本友程 , 对于我们分析风机的性能是十分有用的 。 3 . 应用欧拉方程对前倾叶片和后倾叶片离心风机产生压头的分析(见图 3 ) 欧拉方程 琳琳琳琳琳谈谈/一一户\ 7 节节阳阳阳阳阳阳阳阳阳阳阳阳阳阳阳阳 阔阔阔阔阔阔阔阔阔阔阔沙厂厂) 、、 /\劣劣入入、、与与与与与 H : = 一旦毛c : 、. g 1 = —uZ入 图 3 x (u : 一 e : re o t p : ) 由图 3 及欧拉方程可以看 出: ( 1 )径向叶片 径向叶片的 p: 。90 “ , 所以 。o t尽: 一。, 从( 9 )式 中看出C : 。 = u : 一 e : r e o t日:; 此 时C : 。 二 u : , 故u · 2 尸 一 厂H T = 一 “ 。 名 ( 2 )后向叶片 后向叶片的日:< 90 ” , 所以 co t队> 0 , 此时C : 。 < u : , 二故H T< u 22g 。 ( 3 )前向叶片 前向叶片的日:> 90 “ , 所以 eo t日:< o , 此时 C 。u > u : , 故H T) 少上 。g ‘ _ 从以上的分析可以看出, 离心风机叶片的前倾与后倾决定了日“角的大小 , 而日:角的 大小直接影响了叶轮传给气流的绝对速度C Z和理论水头H T的大小 。 单纯从理论水头H T的大小来看, 前倾叶片风机比后倾叶片风机的压头高。 前倾叶片 风机也比后倾叶片风机的 出口绝对速度c :大 , 这样就伎得前倾叶片风机所产生的 全 压 中 , 动压占的比例较大 , 而用以克服系统阻力的静压则占的比例较小 。 洲 了 , ‘ 1 ‘ 二 、 后倾与前倾叶片离心通风机在效率、 噪音、 电能消耗和机 体大小诸方面之比较. . ’ 1 . 效率 ( 1 )由于前倾叶片传给气流之绝对速度C :较后倾叶片大 , 因此气流的动能在机壳螺 毕室内转化为压力能的姻失也较大 , 因此用以克服系统阻力的静压头占的比例很小 。 而 后倾叶片传给气流.之绝对速度C :较小 , 因此气流在能量转化时的损失也较小 。 一哆 , ) 后倾升片风机中槽道一般是逐渐扩大的 , 而且比前倾叶片的槽道扩大的较为缓 和f 另外后倾叶片弯曲度比前倾叶片弯曲度要小 , 因此气流在后倾叶片槽道中流动的水 力损失比前倾叶片要小。 丫 ‘ - ;总的来说后倾叶片的风机比前倾叶片的风机效率高 。 现将常用的后倾叶片和前倾叶片的风机列于下表: (以10 号风机为例 ) 份杯苏勺勺份不乍户卞啸不京分下育七一仁…于,以助”.试门..心丫 由上表看出后倾叶片风机比前倾叶片风机的效率要高20 一30 % 。 2 · ’电能消耗 “ ’ 一 、 ‘ 几r _ -通风机的轴功率可用下式表示 , 、 。 、 今 N = 皿旦102介 ( 1 1 ) 式中: N—通风机轴功率;- 一 Q一通风机风量 , . 、 、 、 . H —通风机风压; - . ‘ ~ , 一. 一 六—通风机效率; · 、 一 : 六 ‘ · 一扮丫—空气的容重 。 · 一 、 . 、卜 ’ . J一 ‘ , 1由上式不难看出风机效率的高低直接影响到风机轴功率之大小 。 后倾叶片风机的效 率较高 , 风机所需轴功率小 , 消耗的电能就较少 。 而前倾叶片风机效率蜘氏, · 风机所需 轴功率大 , 消耗1的电能就较多 。 , 、 . 一 例如某锅沪鼓风系统需选用风量Q 一2 1 5 0 0 米 ‘/时 , 风压H 二 1 10 毫米水柱的风机州合 。 卜若选用后倾叶片风机G 4 一73 一1一I N 0 . g D , 则风量Q = 21 80 0米令f时 , 风压H 二九3毫 米水柱; 1 · : 一 ‘ 酉己电动机Joz 61 一6 了 N 二 10 千瓦 。 1 ’ 一 、 若选用前倾叶片风机 9 一35一11 N 0 .10 D , 风量Q “ 么16 00米 ’/ 时 , 风压H 二 1域匀毫 米水柱; . .一.4 , .配电动机JO82 一S N 二 20 千瓦 。 · ’ 一 由上例可以看出 , 如果我们选择时不作比较 , 选择了一台前倾叶片的浏机 , 。, 成箕禅就 比选择一台后倾叶片风机多用 10 千瓦的电能 。 一天按20 小时运转计算 , 前倾叶片风机比 后倾叶片风机一年内就要多用72000度电 。 一 再比如我们所需选用风机的风量、 风压全相同 , 由于后倾叶片风机效率比前倾叶片 风机效率高20 一瓣% , 从(1 1)式中可以看出后倾叶片风机之轴功率要比前倾叶片风机所 需之轴功率低20 一30 沁 , 电能就少耗20 ~ 30 沁 , 假设所选之前倾叶片风机所消耗电功率 为 ‘”午瓦 , 一年内一台后倾叶片风机所消耗的曳就 要 比前倾叶片风机所消耗的电节约 19 00 峻左右 。 -以上两个例子足以说明 , 在选择风机时 , ‘对后倾和前倾叶片风机l进行比较是十分必 要的 。 称噪音 由于前倾叶片传给气流的绝对速度C :比后倾叶片风机大 , 因此气流在能量转化时的 损失也较大 , 也较为通畅 。 气流与机壳相撞的速度也大 。 另外后倾叶片间的槽道弯一曲度为平缓 , 气流 所以前倾叶片风机比后倾叶片风视的噪音大 。 “4.机体大小我用常用风机的流量系数互与压力系数n 百勺乘积来衡量风机机体大小‘· 前倾叶 片 风 机的可 ·百比后倾叶片风机的万fR 大 , 故一般情况下前倾叶片风机比后倾叶片风机机体 小 。 三 、 几点意见 .通过对前倾和后倾叶片风机的分析 , 我认为在选择风机时 , 除了要对风机机 体 大 小 、 设备购置费 、 占地面积等初投资进行比较外 , 对风机的效率、 电能消耗这些经常管 理费用 , 更要引起足够的重视。 结合目前我国离心风机生产清况和我院经常遇到的通风 系统 , 提出如下几点 意见 , 供大家选择时参考 。 ‘ : l , , 在~ 般通风和空调系统中 , 推荐使用 4 一72型离心通风机 。 该风机为后 倾中 空 机翼型叶片广最.赓效率n 。“> 射% , 噪音较低 ‘ , , , . 2 . 在锅炉引、 鼓风系统及热水炉 、加热炉引、 鼓风系统中 , 推荐使用公4一了3和Y 4一73 裂离心风如该风机为后倾机翼型斜切叶片的风机 , 风机最高效率。, 。 二湘Q.导写。 最好不 选舞比一肠和y 马* 3 5型离心通风机 。 9 一肠型风机为前弯曲叶片、最高效率月, 。 二 < 6 廷% 。 3 . 当一些需要获得较高风压的系统 , 如加热炉空气雾化喷咀 , 要求风压大于a0 0毫 米水柱 , 可以考虑选用 8 一18 或 9 一27 型前倾叶片高压头离心通风机 , 一 尽管这两种风机 效率较低扣但后倾叶片的离心通风机满足不了高风压的要求 。 为满足工.艺要求 , ’ 只能选 用前倾叶片的风机 。 以上的这几点意见 , 仅供大家选择时参考 , 具体设计选择风机对 , ‘仍应根据各种情 况进行珠合蛛术泽济比较 , 方能制定切实可行的经济合理 。 . 气 . _ 一由于水平有限, 错误之处敬请提出宝贵意见。 , ’ . ’ 卜 · ’ :